建筑结构设计中抗震设计要点

王萌

（中土集团福州勘察设计研究院有限公司，福州350013）

1 引言

随着科学技术的进步，结构工程设计也不断向前推进，但结构抗震设计从古至今一直都是结构工程设计的核心内容之一。每个建筑房屋追求的都是在安全的环境下充分发挥其使用功能，所以，保证房屋在不可抗力下维持一定的结构性能是做房建工程设计的基本要求。虽然对目前的工程设计而言，市场上可选择的计算模拟软件多种多样，但对于建筑结构抗震概念设计和抗震措施等方面的理解是软件提供不了的。

2 房屋结构抗震性设计原则

2.1 简化原则

结合以往的设计经验得知，在抗震设计过程中，所设计的结构形式越简单，传力越清晰明了，其抗震性能也越高，而且简单的抗震结构在进行力学性能计算时，其计算结果的可靠性和准确性也越高。对此，在应用设计中，可以结合实际情况适当简化房屋抗震结构计算模型，优化结构构件的传力途径，这样能够有效提升房屋建筑对建筑地震作用力的承受能力，全面提高房屋建筑在结构设计中的抗震性能。

2.2 整体性原则

展开建筑抗震设计时，设计内容不只是针对某一个建筑内的某一个部位，而是将抗震设计贯穿到整个设计过程中，从而提高建筑整体的抗震性能。在具体设计过程中，需要从整体性设计出发，使其满足各大指标要求。对各种可能影响结构抗震性的影响因素进行分析，借助数字模型对于结构参数进行优化处理，以此来提升结构本身的抗震性。而且对于构件需满足其抗震构造措施的要求，避免应力集中等问题的出现，从而提高结构本身的稳定性和可靠性。

2.3 规则性原则

建筑规则性原则内容主要体现在以下2方面：

1）在建筑设计期间，需要沿着建筑物竖向均匀布置建筑造型和结构，避免刚度、承载能力和传力途径的突变，以限制结构变形的情况。

2）建筑平面比较规则。平面内结构布置比较均匀，使建筑物质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。

3 抗震结构设计中的常见问题

3.1 结构参数设计不合理

进行抗震结构设计的主要目的在于，在地震灾害出现时，能够降低灾害带来的经济损失。从目前的应用情况来看，结构参数设计并不满足抗震要求，并且结构应力分布不均匀，降低了结构的耗能能力。另外，还应对结构的薄弱层或薄弱构件进行加强，并对一些复杂结构进行抗连续倒塌设计【1】。

3.2 缺少可靠的验证方式

结合以往的设计经验，进行抗震设计内容合理性验证时，经常使用到的检验方法是：（1）使用抗震模型来开展模拟检测；（2）在地震发生后，对建筑完好情况进行检验；（3）进行地震危害问题的分析。

施工技术体系成熟度的增加，使得建筑工程内容的复杂度也在提升，若是直接进行抗震试验，很难得到可靠的反馈结果。因此，借助BIM技术、数字技术来建立建筑工程的三维模型，进行模型的抗震试验，以此得出建筑的抗震等级，为抗震设计内容调整提供数据参考。从实际应用情况来看，受预测技术成熟度的影响，不同模拟软件得到的模拟结果也存在不同，这也导致评估结果不一定与实际完全相符。所以，在地震发生后，应进行建筑工程地震震害检查，例如，对混凝土结构工程的整体性进行检查，包括：建筑物的整体外观、沉降观测、沉降差、沉降速率、建筑整体垂直度、整体位移及受震后易损部位的检查等。并且，根据检测的结果，研究地震对建筑物产生的影响和危害情况，为以后的结构抗震设计积累宝贵的经验【2】。

4 建筑结构设计中的抗震设计

4.1 建筑地基基础设计要点

在建筑结构的组成中，地基基础属于非常重要的内容之一，其抗震能力也会影响到建筑整体的稳定性。因此，在该环节的抗震设计中，需要在前期做好基础资料的采集工作，如区域地质构造、地质活跃度等，根据评估结果来确定该工程地基所需要具备的承载力，根据区域地质构造来明确基础加固措施，如基坑深度、支护措施等，从而起到提升结构稳定性的作用。结构设计人员应依据GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》【3】、JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》【4】、GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》【5】、GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》【6】等规范对设计工作进行如下优化调整：

1）结合该工程的相关资料，对于建筑基础参数内容进行明确，内容包括地基基础挖深、基础总面积、桩基直径/深度、接缝宽度等。

2）利用有限元模型对建筑极限荷载进行计算，以此为基础来优化荷载组合，并对相关参数进行明确。

3）进行地基基础的形变量监测和计算，计算时参考正常状态来完成，对于该状态下的结构组合进行确定。

4）根据承载能力极限状态下的荷载效应标准组合，对基础或承台高度、基础内力、确定配筋和验算材料强度进行计算。

4.2 依据抗震标准，规范平面及竖向设计

平面规则与建筑物的稳定性也存在一定的联系，这是设计人员在设计过程中必须考虑的因素之一。通常情况下，抗震建筑的平面是有一定标准的，比如，凹凸口的深度与宽度，平面长度不宜过长，不宜采用角部重叠或细腰形的平面布置。因此，结构平面布置应力求简单、规则、对称，避免刚度、质量和承载力分布不均匀。对于有较多凹凸口的复杂形状平面要进行特殊设计或采用一定的补救措施，以最大限度地保证建筑的稳定性。对于抗震高层建筑的结构竖向布置，应避免过大的外挑和收进，宜规则、均匀，结构的侧向刚度也应该做到上小下大均匀变化，竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。

4.3 建筑结构构件的抗震设计

强柱弱梁、强剪弱弯和强节点弱构件是进行框架结构抗震设计时的重要概念。相较于梁构件破坏而造成的局部破坏，柱子的破坏会危及整体结构的安全性，造成结构的整体垮塌。因此，在结构中为了保护柱，增强结构抗地震能力，将塑性铰先出现在梁部，通过发展一定的塑性来吸收地震能。还有强柱系数，梁柱线刚度比等都是相应指标。强柱弱梁使梁端的塑性铰先出、多出，尽量减少或推迟柱端塑性铰的出现。适当增加柱的配筋可以达到上述目的。需保证强剪弱弯是因为剪切破坏是一种脆性破坏，而弯曲破坏是延性破坏，有所预兆，所以能进行及时的人员疏散、财产转移。在进行抗震设计中，梁柱的剪力设计值需按规范要求进行调整。不同抗震等级的梁、柱采用不同剪力增大系数，同样需考虑材料实际强度和钢筋实际面积2个因素的影响。强节点弱构件则需对节点核心区进行抗震验算，并且在各抗震等级下的框架节点均应符合构造措施要求。除此之外，进行抗震结构设计时，还可以参考其他减震设计来提升结构延性。例如，可以将多段墙框架融入抗震审计中，在遇到地震时，可以进行地震能量的转接和吸收，从而起到良好的减隔震作用，提升建筑结构本身的稳固性。

4.4 合理选择抗震材料

建筑结构对建筑的稳定性具有重要影响，巧妙的结构能够大大提高建筑整体的稳定性。现如今，已有很多用于抗震的建筑构型，其在历次灾害中优势显著。通常情况下，在建筑结构的主体部位主要以强度和韧性较强的材料为主，这大大提升了建筑结构的稳定性，进而提升了建筑的安全性能。此外，在材料选择过程中，还需要考虑节能环保材料的使用，如钢结构、聚塑板等，以此来提高建筑结构设计的综合性能。

5 结语

在建筑结构设计过程中，抗震设计属于重要的设计内容之一，借助可靠的抗震设计，能够有效提升建筑结构的稳固性，降低地震发生时出现坍塌的概率。需要注意的是，所有的抗震设计内容需要严格遵守相应的建设规范，同时做好结构细节的设计工作，以此来提高建筑工程的综合性能，延长使用寿命。